JP4056874B2

JP4056874B2 - 振動装置

Info

Publication number: JP4056874B2
Application number: JP2002383462A
Authority: JP
Inventors: 睦夫平野
Original assignee: 睦夫平野
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: JP2004202464A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低周波振動発生機能とエアポンプ機能を同時動作できる振動装置とその組込みシステム装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種に近い製品は体感音響振動装置やマッサージバイブレータが知ら
れている。
【例えば、特許文献１、文献２、文献３、文献４、文献５参照】
従来の音響体感振動装置は振動子を板バネ等で懸垂支持した構造であり、バイブレータは偏芯モータ軸にウエイトを付けたものが一般的であり、本体ケースの振動を床、椅子、構築物等に緩衝材等を挟んで伝達している。
【０００３】
音声などの交番電流により体感振動を発生させる装置は、適当な質量を持たせ、板バネで保持された振動子を励磁コイル（ボイスコイル）により吸引反発させることにより、本体ケース自身に振動を移行させ該装置ケースを床、構築物に取り付け伝搬させるものであり、またバイブレータはモータの回転数とウエイト質量によりその振動を発生し、本体ケースを介してマッサージャーとする手のひらサイズの小型なものである。
【０００４】
この種の体感振動装置は、スピーカ原理構造もしくは電磁クラッチ構造を応用しているため、前者は再生帯域が広く、体感振動再現のためには専用のハイカットフィルター（ローパスフィルター）と高出力増幅アンプを必要とし、後者はハイカットフィルターは不要だが、励磁コイルの発熱を生じる。
【０００５】
また一方、振動マッサージ用としての装置は、主にＡＣ１００Ｖ仕様による５０乃至６０Ｈｚの交番電流による電磁石式揺動振動装置またはモータ軸偏芯軸による揺動か、直流モータによる同様駆動が一般的である。したがって周波数は固定されているか回転制御のためあまり変更はできない。
【０００６】
【特許文献１】
特許第１０９１９２６号
【特許文献２】
特許第１１１９７６３号
【特許文献３】
実用新案特許６３−４３７２９号
【特許文献４】
実用新案特許６３−１５７６６号
【特許文献５】
実用新案特許６３−４３７２９号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の振動駆動装置は、板バネ等で振動子を支持した構造体なのでマッサージ信号などの正弦波や矩形波の繰り返し応力を印加すると、短時間にバネ疲労が発生し破損していた。そのためマッサージ器等には応用することが難しい状況であった。さらにケース本体を介して振動を伝達する構造なので少しでも過剰入力による振動になると、バネ、バネ支持材、本体、振動子等との相互干渉によりビビリや伸びのない振動となる欠点があった。
【０００８】
また、マッサージ動作は手のひら、指間隔のゆっくりとした超低周波の揺動が必要であった。しかし、励磁コイルを使用しているため手のひらマッサージ周期の様になでるようなゆっくりとした動作再現は難しく、さらに、低周波域の２０Ｈｚ程度以下の正弦波や矩形波のマッサージ用交番電流は直流成分に近いので励磁コイルがヒータ化し、接着剤の溶融点を越える高い温度となり、コイル固着用の接着剤等が溶融したり、コイルが熱焼損し、装置が破損する欠点があった。
【０００９】
また振動装置本体を床構造内部やベッドパッド、椅子などの構造・構築物内部に取り付け設置しているので、故障しても手軽に修理交換ができなかった。また体感音楽再現において、複雑なフィルター回路や増幅装置を必要とした。さらにブラスバンド演奏音楽、台風などの自然現象再現などの空気を揺るがす様な空圧変動を伴う重低音はボーンコンダクション（骨伝導振動）のみでは再現不可能であった。また、振動子を板バネ等で懸垂支持しているのでその支持部材である振動子の質量も制限され、大型のものは製造できにくかった。
【００１０】
本発明の目的は前記従来の課題に鑑み、音響体感振動機能とエアポンプ駆動機能を搭載し、従来の椅子やベッドや床等に振動体を設置する体感振動だけの装置ではなく、空圧体揺動伸縮、波動振動伝搬によるマッサージ機能等を加えた複合振動駆動装置である。また床や構築物に簡単設置できるのはいうまでもなく、病院等の治療、介護等の長期使用にも耐え、自然現象の空気変動、水中振動をも再現できるポンプ機能付き振動駆動装置でミクロサイズから超大型サイズをも提供することにある。つまり、振動装置に付加したポンプ機能で、体感振動と同時に自己機能動作による空気注入、排出動作により、伸縮動作が行え、また閉鎖回路での空気振動により、振動体を複数配した構成をしなくても、音響振動波を直接または間接的に連結した密閉構造体等に、波動伝搬できるサイズ自在な装置である。
【００１１】
振動子質量を制限する板バネ等も不要なので大型の産業用振動装置から超小型の医療用マイクロ振動装置まで対応できるものである。また、周波数対応のポンプ機構として動作するので、その機能と複合化した新たなる製品を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明に係わる振動装置は、板バネ等の疲労破壊をまねく部材を無くし、励磁コイルハウジングもしくはマグネットコアのいずれかを、振動子として対面構造を両面相似形成した。半径方向に着磁したマグネットの中心と円周縁に形成している磁極磁束圏とコイルハウジングに形成している磁束巻とを対向反応させることにより、振動子がピストン運動をして振動を発生する。
【００１３】
また、請求項１に係わる振動装置は、さらにエネルギー効率を上げ、発熱等もできるだけ押さえて動作するように、励磁コイルの電流も半減程度で動作するように反発・吸引磁束エネルギーが最大値で利用するべく、振動子と励磁コイルの配置と構造、素材を整えた。すなわち双方の磁極を半径方向すなわち断面コ形の内輪側と外縁側に電磁軟鉄等の磁性体ヨークで誘導し、お互いの磁束中心面を合致させ、励磁コイルの交番磁極磁束に対して振動子が効率よく２室間相反運動するように両面相似形成のダブル機能とした。またマグネット磁極磁束を誘導しやすい形状とするため着磁は厚み方向に形成した。
【００１５】
請求項２の発明に係わる振動装置は、該振動子が加速度によりコアに激突もしくは磁力密着するのを防止するためと、最大加速度をケース本体に伝達する機能として振動子両側シャフトに沿ってスプリングコイルを挿入した。
【００１６】
請求項３の発明に係わる振動装置は励磁コイルを２つ配し、結線組み合わせにより、回路抵抗値を変えることができる。正弦波や矩形波または音楽信号等の体感音響やマサッサージ振動を動作させる場合、超低周波領域、もしくは１５０Ｈｚ程度以上の振動波長が通電される場合、自動的に、もしくは手動で２つの励磁コイル結線を直列もしくは並列結線回路とし、もしくは該結線回路途中に抵抗器を組み入れ、電流値を最適値にするように切り替え、発生熱を押さえる機構とした。
【００２５】
【効果】
請求項１の発明によれば板バネ等で懸垂支持されない振動子により、音声信号や音楽信号、マッサージ信号などの交番電流を励磁コイルに通電印加するとコア内外圏に生じる磁極磁束とマグネット内径方向の磁極磁束と反応して、フリーピストンとする該構造体がピストン運動をしその質量加速度により振動を効率よく発生する。
【００２６】
また、請求項１の発明によれば、変動磁極磁束を円周外縁方向と内輪軸方向に生じさせる励磁コイルハウジングをケース両端に固定し、厚み方向に着磁したマグネット磁極磁束をヨークによりヨークケース外縁と内輪方向に分離した磁極磁束圏を形成した振動子を中間に配し、お互いの磁束中心圏を合致させる空間を形成したので、振動効率が向上し、熱発生が少ない磁束誘導機構とした。その結果の耐久性、信頼性、性能が向上した。すなわち吸引・反発力を効率よく取り出すために、振動子マグネットと励磁コイルのＳＮ両磁極エネルギーを対向面上に誘導し、磁束中心エネルギーに対して相反対応動作するよう電磁軟鉄によるヨークとコアを形成した。交番電流が振動子を挟んで上下の励磁コイルに通電されると、マグネット磁極を内周部と外周縁部に誘導されている固定磁束に対して、対向励磁コイルハウジングの同様位置に交番磁束が生じて、互いに相反動作し、揺動する。この動作は振動子を挟んで両サイドで同方向動作するので、高いレスポンスと振動レベルを取り出すことができる。
【００２８】
請求項２の発明によれば、動作中、振動子は励磁コイルハウジング間を印加波長電流に対応してかなりの加速度でピストン運動をするので、時によりその衝撃によりマグネットやコイルが破損する。その対応構造として衝撃吸収用スプリングコイルを振動子シャフト両側に設け、破損および異常振動を防止している。
【００２９】
請求項３の発明によれば、通常、両端２つの励磁コイルの結線は並列結線となっているが、マッサージ信号で矩形波を励磁コイルに連続通電印加する場合、切換により直列結線とし、抵抗値を倍にし、印加電流値を減じて発熱を制御した。当該振動装置は矩形波交番電流に対し、よく反応動作するので、その振動力の体感差は感じられない。
【００３８】
【発明の実施の形態】
図１から図８は本発明に係わる振動装置の第１実施形態を示すもので、図１は振動装置本体をボードにセットした状態の断面図、図２は振動装置のシャフトをボードに固定した装置の断面図、図３は空気振動板付振動装置の断面図、図４は空気振動板の斜視図、図５はダブルヘッドエアポンプ機能付振動装置本体の断面図、図６は吐出機能応用製品の断面図、図７はエアポンプ機能付き振動装置をエアマットに組み込んだ振動装置部断面図、図８は本振動装置関連制御回路と基本磁束配置を示すブロック図である。
【００３９】
実施例図１に示される振動装置は本発明の基本機構部であり、マグネット振動子８により区分けされた上下２室の天井部に設けられた励磁コイル３が組み込まれるコイルハウジング２が円筒シリンダーケース６とケースヘッド１とケースボトム１２にネジ締結されている。ポンプ機能搭載の場合、振動子８の外周部には溝７が形成されており、ピストンリングもしくはＯリングが装着される。エアポンプ機能が不要の場合、Ｏリングは装着されない。マグネット振動子８からはシャフト１１が両端に伸びて、シャフト軸受４に支持スライドする動作となっている。シャフト１１には振動子（マグネットヨーク）８がコイルハウジング２に衝突するのを防止するため、コイルスプリング５が装填され振動子マグネットがコイルハウジングに密着もしくは激突することを防止している。このスプリング５は振動子８を積極的に支持、位置復元を行うものではない。振動子８に固着するマグネット９は希土類等の高磁力のマグネット９を両側に配置固着している。振動子両面に固着するマグネットは厚み方向に着磁した単体リング状マグネット９もしくは小口径の硬貨状マグネット９を複数配置してもよい。その接着側の磁極磁束はヨーク構造により外周縁に誘導される。
【００４０】
本装置は振動子を挟んで完全相似形状としている。実施例図１では、本体ケースはケース軸芯でボルト１３にて床、天井等に取り付けられ、着脱できる構造となっている。図２は振動子シャフト１４を外部に延長、その軸芯をボルトで固定し、本体ケースをフリー振動子としている。またハーネス１５は振動子を挟んだ上下２つの励磁コイルに結線され、抵抗切換機を経て電流増幅器アンプへ接続されている。
【００４１】
実施例図１、図２、図３の振動装置は、音楽信号など外部制御装置より６Ｖから１５Ｖの電圧可変によりパワーコントロールされ、最大約１．５Ａで２２．５Ｗ程度の消費電流が供給され駆動する電流を供給する。よって、増幅器も２５Ｗ程度の出力が必要となる。また励磁コイルのインピーダンズ特性により、振動子の周波数応答範囲は５Ｈｚから２００Ｈｚ以下となり、実用範囲は１２０ヘルツ以下になっている。それ以上の波長エネルギーを入れても、振動動作はせず、コイルが発熱してエネルギー消耗する構造となっている。よって特別なフィルター回路や波長制御は必要ないシンプルなシステム構成で振動駆動できる。
【００４２】
また、図３は空間空気振動用装置のユニット断面斜視図で、ブラスバンド音楽や自然現象効果音の大気を揺るがす現象も再現できる装置である。すなわち複数個の振動装置の振動子シャフト１８をケース外に延長し、該シャフトに炭素繊維板３３などの非常に軽く、剛性の高い素材でできた天板を同一平面上に取り付け保持する構成体を１ユニットとし、図４のごとく、天井や壁に取り付け、天板揺動同時駆動で空間風圧変動を発生させるシステムで、現場状況により多数のユニットを取付るシステムユニットとしている。天井や壁面全体に取り付け、音楽信号等により複数装置を同時駆動することにより部屋全体の空気をも揺るがすことができるリアルな体感、風圧音響振動を得ることができるシステムを構成することができるものである。
【００４３】
図５は前記記載の振動装置にエアポンプ機能を追加した装置で一般エアポンプやエアベルト式マッサージ器、介護ベッドなどに利用するものである。該振動子がケースシリンダー６と構成をなすピストン８となり、上下２室を形成し、吸排気バルブユニット４１が振動コア２と一体化されているケース蓋１３に形成される。また振動子で２室に区分けされた空間は相対動作しているので、２室両方にバルブユニットを付加することができ、ダブルヘッドポンプもしくはシングルヘッドポンプとしても構成ができる。本実施例は１室型の吐出ポンプとして構成している。本装置の動作説明を以下に述べる。
【００４４】
交番電流により振動子８は両端の励磁コイル３の交番磁極磁束により吸引・反発動作をし、吸入孔より吸入された空気は吸入弁２１より導入されて、圧縮行程に入る。圧縮された空気はをバルブユニットを経由して吐出孔より吐出する。実施例図５ではシングルヘッドで吐出専用振動装置の断面図であるが、反対側にもバルブユニットを付加すればダブルヘッドのポンプとなる。振動子質量を軽くすれば、エアポンプ優先の静かな振動装置となり、該質量を重くすれば、振動を重点にしたエアポンプ機能付き製品となる。
【００４５】
応用製品として、図６は吐出ポンプ機能搭載の振動装置に伸縮ゴム部材で直結にし、排出バルブ機構をゴム部材構造体の中に別に設け、一定圧で排出を行うもので、体感ゲーム機操作ハンドル等に使用できる装置である。図７は介護用エアマットに当該装置を組み込んだ製品で褥蒼防止マッサージベッドであるが、体感振動装置組み込みのエアークッションとして、ソファー、チェアなどの組み込み機能部品としても使用できる。すなわちエアマット全体に体感音響振動を与えながら、空気を抜き差しし、揺動、伸縮マッサージできるものである。
【００４６】
図８は該振動装置に付属する各種装置との接続概略図で、本体振動装置内部の磁極磁束の配置構成図例である。音楽再生機であるＭＤ装置４５の音楽信号、もしくはマッサージ信号送出のマッサージ器４６、もしくはゲーム装置からの音声信号取出分配器４７から装置切換器４５を経由して信号電流増幅器４１に信号入力し、増幅した電流を抵抗切換機４９を経由して振動装置励磁コイル２．３に通電印加される。励磁コイルに印加される交番電流により、振動子に配置されたマグネット磁極磁束が吸引、反発して振動を発生する構造を示している。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、板バネ等の疲労破壊する部品がないので耐久性能が向上し、長期間故障せずに動作する。また振動装置の大きさに制限がなくなり大型から小型サイズのものまで製作できる。
【００４８】
また、請求項１の発明によれば、板バネ等の位置制限部材がない振動子と励磁コイルの磁束中心圏同士を対向反発させるので、さらに効率が上がり振動レベルや耐久性能も向上し、通電電圧が少なく済み、励磁コイルの温度上昇を防止できる。
【００５０】
請求項２の発明によれば、異常入力や急激入力に対して、ダンパ効果により振動子マグネットとコイルハウジングに密着するのを防止し、フリーピストンとしての振動子の動きをスムースに行うことができる。
【００５１】
請求項３の発明によれば、励磁コイルの結線方法もしくはコイル結線回路内に調整抵抗器を設け、抵抗値調整することで励磁コイルの発生熱を防止し、耐久性の高い振動装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施形態に係わる振動装置の正面断面図。
【図２】第二実施形態に係わる振動装置の正面断面図。
【図３】第三実施形態に係わる空気振動装置の正面断面図。
【図４】第四実施形態に係わる空気振動装置の斜視図。
【図５】第五実施形態に係わるポンプ機能付振動装置の断面図。
【図６】第六実施形態に係わるポンプ機能付振動装置応用製品の断面図。
【図７】第七実施形態に係わるポンプ機能付振動装置をエアマットに組込んだ応用製品断面図。
【図８】第八実施形態に係わる振動装置の制御回路と基本磁束配置ブロック図。
【符号の説明】
１…ケースヘッド
２…コイルハウジング
３…励磁コイル
４…シャフト軸受
５…コイルスプリング
６…円筒シリンダーケース
７…Ｏリングまたはピストンリング講
８…マグネットヨーク
９…マグネット
１０…マグネットヨークシャフト
１１…シャフトスライド孔（空気孔）
１２…ハーネスヘッド
１３…固定ネジ（本体／振動板）
１４…天板取付ネジ
１５…ハーネス（駆動電源）
１６…天板
１７…ゴム足
１８…延長シャフト
１９…構築物
２０…バルブユニット
２１…吸入弁
２２…吐出弁
２３…吸入孔
２４…吐出孔
２５…バルブユニットハウジングケース
２６…バルブユニット
２７…ピストンリングまたはＯリング
２８…空気孔
２９…天井（構築物）
３０…固定金具
３１…止めネジ
３２…本体固定ネジ
３３…揺動板
３４…膨満伸縮構造体
３５…ガイド管
３６…ボールバルブ
３７…ダンパー
３８…エアマット
３９…固着用Ｏリング
４０…振動装置本体
４１…増幅器
４２…ゲーム機
４３…ＴＶ装置
４４…スピーカ
４５…ＣＤ．ＭＤ音響再生装置
４６…マッサージ信号制御器
４７…吸入フィルター
４８…信号ソース切換機
４９…抵抗切換機
５０…保護キャップ

Claims

励磁コイルを巻回した環状のコイルハウジングと該コイルハウジングと所定間隙をおいて対向するマグネットとを備え、該励磁コイルに交番電流を印加することにより振動または重低音を発生する振動装置において、
円筒容器の軸方向両端に所定間隔をおいて一対の前記コイルハウジングを互いに対向するよう固定するとともに、該各コイルハウジング間に該各コイルハウジングと対向して配置され該円筒容器の軸方向にスライド自在となっている板状の振動子を有し、該振動子の両面には該各励磁コイルに磁極面が対向するよう配置した前記マグネットを有するものであって、
前記各コイルハウジングは磁極誘導磁性体で前記振動子の各面に向かって開口するよう断面コ字形に形成し、該各コイルハウジングの内輪と外輪との間に磁極磁束を形成するとともに、
前記振動子は磁極誘導磁性体で前記各マグネットよりも外側に向かって延在され、該各マグネットと対向する面の磁極磁束を該各マグネットの外方に向かっての誘導するよう形成した
ことを特徴とする振動装置。
前記振動子と前記各コイルハウジングとの間に密着・衝撃防止用コイルスプリングを備えたことを特徴とする請求項１記載の振動装置。
前記励磁コイルへの印加電流を制御する励磁コイル結線回路切換機能もしくは調整抵抗器をもった通電回路を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の振動装置。